1、浙江专版版高考化学大一轮复习 专题七 化学反应与能量变化 课时2 原电池 化学电源学案课时2原电池化学电源考纲导航知识条目必考要求加试要求选考分布2015201620179月10月4月10月4月(1)原电池的概念aa(2)铜锌原电池的原理及电极反应式bb1617(3)原电池的构成条件ab17(4)常见化学电源bc1717(5)原电池的构造与工作原理，盐桥的作用b17(6)判断与设计简单的原电池c(7)原电池的电极反应式及电池反应方程式b17(8)原电池的正、负极和电子流向的判断c(9)银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值b17考点一原电池的工作原理主干精讲1.概念和反应本质原电池是
2、把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。2.工作原理以铜锌原电池为例(1)反应原理电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应盐桥中离子移向盐桥含饱和KCl溶液，K移向正极，Cl移向负极(2)两个装置的比较装置中还原剂Zn与氧化剂Cu2直接接触，易造成能量损耗；装置盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。3.原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条
3、件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。4.原电池中的三个方向(1)电子方向：电子从电源负极流出经外电路流入电源正极。(2)电流方向：电流从电源正极流出经外电路流入电源负极。(3)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极区迁移，阳离子向正极区迁移。典例剖析【例】(201510月浙江选考)如图所示进行实验，下列说法不正确的是()A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转D.装置乙中负极的电极反应式：Zn2e=Zn2解析A项，装置甲的锌片与稀硫酸反应
4、生成氢气，装置乙的锌、铜和稀硫酸构成原电池，在铜片产生气泡，正确；B项，甲装置把化学能转化为热能，乙装置把化学能转化为电能，不正确；C项，装置乙形成原电池，正确；D项，装置乙形成原电池，锌为负极，电极反应式Zn2e=Zn2，正确。答案B 考点精练1.(2016温州市3月选考模拟)将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是()A.装置甲中铜片表面产生气泡B.装置乙溶液中SO向铜片做定向移动C.装置乙中电子从铜片经导线流向锌片D.装置乙中正极的电极反应式：2H2e=H2解析A项，甲没有形成原电池，铜为金属活动性顺序表H元素之后的金属，不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面
5、没有气泡产生，故A错误；B项，原电池工作时阴离子向负极移动，故B错误；C项，锌为负极，电子从锌经导线流向铜，故C错误；D项，铜片为正极，正极上氢离子得到电子被还原生成氢气，故D正确。答案D2.(2016浙江金华、温州、台州部分学校高一下3月联考)对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是()A.电子流入的一极为正极B.较不活泼的一极一般为正极C.电子流出的一极为负极D.发生氧化反应的一极为正极解析A项，电子流入的一极为正极，A正确；B项，较不活泼的一极一般为正极，B正确；C项，电子流出的一极为负极，C正确；D项，发生氧化反应的一极为负极，D错误。答案D3.(2015浙江省桐乡一中联盟学校高一下期末
6、)某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片制成如图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。下列有关该电池的说法正确的是()A.铜片上的电极反应：Cu22e=CuB.外电路中电子由铜片经导线流向锌片C.电池工作时电能直接转化为化学能D.该电池工作时，若有13克锌被溶解，则铜片上产生标况下4.48 L H2解析A项，在该装置图中，Zn、Cu及电解质溶液构成原电池。由于金属活动性：ZnCu，所以Zn为负极，失去电子，Cu为正极，在正极上溶液中的H得到电子，变为H2，错误；B项，外电路中电子由负极Zn片经导线流向Cu片，错误；C项，电池工作时，将化学能转化为电能，错误；D项，该电
7、池工作时，若有13克锌被溶解，n(Zn)mM13 g65 g/mol0.2 mol，则由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铜片上产生标况下V(H2)nVm0.2 mol 22.4 L/mol4.48 L，正确。答案D【归纳总结】原电池正、负极判断的七种方法(1)由组成原电池的两极材料判断。一般相对较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属为正极。(但也有一些并不与活泼性一致，如Mg、Al在酸性介质中，Mg作负极，而在碱性介质中，Al作负极)(2)根据电流方向或电子流动方向判断。在外电路，电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断
8、。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(5)X极增重或减轻。工作后，X极质量增加，说明X极有物质析出，X极为正极；反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。(6)X极有气体产生。工作后，X极上有气体产生，一般若发生了析出H2的电极反应，说明X极为正极。(7)根据X极附近pH的变化来判断。析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而工作后，X极附近pH增大了，说明X极为正极。考点二化学电源主干精讲1.锌银电池(一次电池)锌银电池负极是Zn，正极是Ag2O，电解质
9、溶液是KOH溶液，其电极反应如下：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；电池总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2.碱性锌锰电池(一次电池)碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液，其电极反应为：负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2；正极：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；电池总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。3.铅蓄电池(二次电池)(1)组成：正极：PbO2；负极：Pb；电解质：H2SO4溶液。(2)工作原理：铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。放电
10、过程的电极反应、总反应：负极：Pb2eSO=PbSO4；正极：PbO22e4HSO=PbSO42H2O；总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。充电过程的电极反应、总反应：阴极：PbSO42e=PbSO(还原反应)；阳极：PbSO42e2H2O=PbO24HSO(氧化反应)。总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。铅蓄电池的充、放电过程：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。4.氢氧燃料电池(1)两个惰性电极(铂碳电极)，负极上通H2，正极上通O2，电解质溶液是KOH溶液。(2)电极反应：负极：2H24e4OH=2H2O；正极：O24e2H2O=4OH；
11、总反应式：2H2O2=2H2O。5.新型燃料电池甲醇/空气燃料电池(1)负极是钯碳/甲醇，正极是铂烧结镍/空气，电解质溶液是KOH溶液。(2)电极反应：负极：2CH3OH12e16OH=2CO12H2O；正极：3O212e6H2O=12OH；总反应式：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O。典例剖析【例1】(20174月浙江选考)银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，其工作示意图如下。下列说法不正确的是()A.Zn电极是负极B.Ag2O电极发生还原反应C.Zn电极的电极反应式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D.放电前后电解质溶液的pH保持不
12、变解析根据给出原电池原理反应，从化合价角度分析，Zn化合价升高失去电子为负极，电解质为KOH，电极方程式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，A、C正确；Ag2O化合价降低为正极，被还原，B正确；总反应显示反应过程中消耗水，原溶液显碱性，所以碱性减弱，pH增大。答案D【例2】(2016浙江4月学考)MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。下列说法不正确的是()A.石墨电极是该电池的正极B.石墨电极上发生还原反应C.Mg电极的电极反应式：Mg2e=Mg2D.电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极解析根据MgH2O2
13、电池示意图得出，镁为负极，石墨为正极。A项，石墨电极是该电池的正极，A项正确；B项，石墨为正极，电极上发生还原反应，B项正确；C项，Mg电极为负极，电极反应式：Mg2e=Mg2，C项正确；D项，电子不能通过电解质溶液，溶液中为离子导电，D项不正确。答案D考点精练1.2017义乌市群星外国语高三(上)期中爱迪生电池在充电和放电时发生的反应：FeNiO22H2OFe(OH)2Ni(OH)2，下列该蓄电池推断不正确的是()A.放电时，Fe参与负极反应，NiO2参与正极反应B.充电时，阴极上的电极反应式为：Fe(OH)22e=Fe2OHC.该蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中D.放电时，电解质溶
14、液中的阴离子向正极方向移动解析A.放电是原电池，由电池总反应式可知放电时Fe元素的化合价升高，被氧化，应为原电池的负极，NiO2参与正极反应，故A正确；B.充电是电解池，由方程式可知此电池为碱性电池，反应方程式中不能出现H，所以充电时阴极和阳极的电极反应式就分别为：Fe(OH)22e=Fe2OH、Ni(OH)22OH2e=NiO22H2O，故B正确；C.由方程式可知此电池为碱性电池，反应方程式中不能出现H，只能浸在碱性电解质溶液中，故C正确；D.放电时是原电池，负极：Fe2e2OH=Fe(OH)2，正极：NiO22e2H2O=Ni(OH)22OH。电解质溶液中的阴离子向负极方向移动，故D错误。
15、答案D2.以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。(1)酸性介质(如H2SO4)负极：_；正极：_；总反应式：_。(2)碱性介质(如KOH)负极：_；正极：_；总反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导O2)负极：_；正极：_；总反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3环境下)负极：_；正极：_；总反应式：_。答案(1)CH48e2H2O=CO28H2O28e8H=4H2OCH42O2=CO22H2O(2)CH48e10OH=CO7H2O2O28e4H2O=8OHCH42O22OH=CO3H2O(3)CH48e4O2=CO22H2O2O28e=4O2CH42O2=CO22
16、H2O(4)CH48e4CO=5CO22H2O2O28e4CO2=4COCH42O2=CO22H2O【方法技巧】电极反应式书写方法和步骤1.利用共存原则，确定电极产物因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH参加反应。2.利用化合价变化确定得失电子数依据负极(或正极)反应物和产物化合价的变化，计算出负极反应失电子数和正极反应得电子数。3.利用电解质中的微粒调整电极反应两侧电荷相等，用电解质中的阳离子或阴离子调整电荷守恒的关键有三点。第一：选准离子、酸性溶液选H、碱性溶液
17、选OH、熔融氧化物选O2、熔融碳酸盐选CO、锂电池选Li。第二：确定离子在电极反应式中的位置。第三：确定离子的数目。4.利用守恒配平其它物质系数。课后限时训练(时间：45分钟)一、选择题1.(2016桐乡一中高一下期中)干电池原理示意图如下，电池总反应为：Zn2NH=Zn22NH3H2，下列说法正确的是()A.碳为电池的正极B.Zn极上发生还原反应 C.Zn2移向该电池的负极D.反应2NH2e=2NH3H2在负极上发生解析根据题意可知，C为正极，A项正确；Zn为负极，发生氧化反应，B项错误；溶液中Zn2向电池的正极移动，C项错误；正极(C)上发生的反应为2NH2e=2NH3H2，D项错。答案A
18、2.(2017杭州长河高中高三月考)如图所示装置中，观察到电流计指针偏转；M棒变粗；N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中与实验现象相符的是()MNPAZnCuNaOH溶液BCuFe稀盐酸CAgZnAgNO3溶液DAlFeCuSO4溶液解析A.锌是负极溶解变细，故A错误；B.铁是负极失电子溶解变细，M电极生成氢气不会变粗，故B错误；C.锌是负极溶解N电极变细，银是正极溶液中银离子得到电子析出银M变粗，故C正确；D.铝是负极失电子发生氧化反应变细，铁是正极溶液中铜离子析出铜N极变粗，故D错误。答案C3.2017嘉兴当湖中学高二(上)期中如图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，锌片是(
19、)A.阳极 B.正极 C.阴极 D.负极解析铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，构成了原电池，活泼金属作负极，金属Zn的活泼性大于Cu，所以锌片为负极，答案D4.2017宁波选考适应性考试)锌空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时，下列说法正确的是()A.Zn电极是该电池的正极B.Zn电极的电极反应：ZnH2O2e=ZnO2HC.OH向石墨电极移动D.氧气在石墨电极上发生还原反应解析A项：放电时Zn转化为ZnO，发生氧化反应，故Zn电极为该电池的负极，错误；B项：根据图片可知，电解液为碱性，故Zn电极的电极反应式为：Zn2OH2e=ZnOH2
20、O，错误；C项：放电时，阴离子移向负极，即OH向Zn电极移动，错误；D项：电池工作时，正极发生还原反应，正确。答案D5.2017绍兴市嵊州高中高二(上)期末某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是()A.正极反应式为：O22H2O4e=4OHB.工作一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量不变C.该燃料电池的总反应式为：2H2O2=2H2OD.该电池工作时每消耗1 mol O2，有2 mol电子转移解析A.正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，电极反应式为O22H2O4e=4OH，故A正确；B.负极电极反应式为H22OH2e=2H2O，正极电极反应式为O22H2O
21、4e=4OH，KOH不参加反应，所以氢氧化钾的物质的量不变，故B正确；C.电池反应式与氢气燃烧方程式相同，为2H2O2=2H2O，故C正确；D.正极电极反应式为O22H2O4e=4OH，所以该电池工作时每消耗1 mol O2，有4 mol电子转移，故D错误。答案D6.(2016金华武义市高二期中)电池是人类生产和生活中的重要的能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A.构成电池的两极必须是活泼性不同的金属B.锌锰干电池工作时，电池内部的电流方向由碳棒流向锌筒C.甲醇燃料电池工作时，甲醇在负极发生氧化反应D.银锌钮扣电池工作时，电子由锌极流出经过溶液
22、后流向银极解析A.构成原电池的两个电极可能都是金属，也可能是金属和导电的非金属，故A错误；B.锌锰干电池中，锌是负极，石墨棒是正极，电流方向是由正极石墨棒流向负极锌筒，故B错误；C.负极发生气氧化反应，所以甲醇在负极发生氧化反应，故C正确；D.电子沿导线流动，而不在溶液中流动，所以电子由锌极流出经过导线后流向银极，故D错误。答案C7.(2016湖州市高二期中)银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源，它的电池反应是：ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2，则负极上发生反应的物质是() A. Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D. Zn解析银锌电池其放电过程可表示为Ag2OZnH2O=Zn(O
23、H)22Ag，锌失电子发生氧化反应，做原电池负极。答案D8.(2016温州十校高二联考)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电池。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质为无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池的总反应方程式为：PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是()A.正极反应式：Ca2Cl2e=CaCl2B.放电过程中，Li向钙电极移动C.外电路中，电子由硫酸铅电极经导线流向钙电极D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转解析该电池的负极为钙电极，正极为硫酸铅正极，电解质为无水LiClKCl混合物，电池工作时，负
24、极Ca2Cl2e=CaCl2，外电路中，电子由钙电极经导线流向硫酸铅电极，电解质中的Li向正极(硫酸铅电极)移动，常温下LiClKCl混合物未熔融，电池不工作。答案D9.(2016嘉兴市高二期末)普通锌锰干电池的简图(如图所示)，它是用锌皮制成的锌筒作电极兼做容器，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；该电池工作时的总反应为：Zn2NH2MnO2=Zn(NH3)22Mn2O3H2O，关于锌锰干电池的下列说法中正确的是()A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新
25、充电复原B.电池负极的电极反应式为：2MnO22NH2e =Mn2O32NH3H2OC.该电池碳棒可用铜棒代替，但是工作电压会下降D.外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g解析A.普通锌锰干电池是一次电池，不能充电，故错误；B.根据原电池工作原理，负极应失电子，Zn2NH2e=Zn(NH3)222H，故错误；C.两极金属性差别越大，电压越大，铜是金属，碳是非金属，因此碳棒换成铜棒，电压会降低，故正确；D.根据选项B的电极反应式，每通过0.1 mol电子消耗锌的质量是650.1/2 g3.25 g，故错误。答案C10.(2016浙江省金华一中高二下期中)美国GTEC燃料电
26、池以利用民用燃气为原料气，其结构如下图，有关该电池的说法不正确的是()A.电池工作时，电流由负荷的a流向bB.电池工作一段时间后，电解质物质的量理论上保持不变C.通入空气的一极的电极反应式是：O22H2O4e=4OHD.外电路中每通过0.2 mol电子，所消耗的燃料体积不小于2.24 L(标况下)解析外电路中电流由电池的正极流向负极，A项正确；电解质仅为传导作用，没有变化，B项正确；通入空气的一极是O2得到电子生成O2，电极反应式为O24e=2O2，C项错误；因2H2O2=2H2O，2COO2=2CO，故外电路中每通过0.2 mol电子时，需消耗的氢气或一氧化碳均为2.24 L，D项正确。答案C11.(2015浙江绍兴柯桥中学月考)如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是()解析构成原电池的条件：(1)具有活泼性不同的两个电极，且形成闭合回路，(2)插入到电解质溶液中，(3)构成闭合回路。答案B二、非选择题12.(2016江西省丰城九中期末)原电池是化学对人类的一项重大贡献。
